MODELIROVANIE SINDROMA DAUNA IN VITRO PRI POMOShchI INDUTsIROVANNYKh PLYuRIPOTENTNYKh STVOLOVYKh KLETOK I SVYaZ' S BOLEZN'Yu AL'TsGEYMERA

Abstract

Full Text

Синдром Дауна (СД) является самой распространенной генетической патологией и одной из самых больших биомедицинских проблем 21-го века. Также данный синдром является уникальной моделью дисбаланса экспрессии генов, с подробной медицинской базой описания различных фенотипических проявлений данного дисбаланса и следующих за ними патологиями. Так, например, люди с СД составляют крупнейшую популяцию людей с наследственной предрасположенностью к таким тяжелым заболеваниям как ранняя болезнь Альцгеймера, острый миелоидный лейкоз, врожденная сердечная недостаточность. Для изучения механизмов возникновения дисбаланса экспрессии генов необходимы корректные клеточные модели in vitro, причем ввиду разницы транскрипционного ландшафта в разных тканях и органах, необходимо иметь возможность получения различных клеточных культур из одного генетически связанного источника. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) являются хорошей фундаментальной базой для подобного рода исследований. В данной работе мы поставили перед собой цель изучить возможность создания клеточной модели СД на основе индуцированных плюрипотентных стволовых клеток от доноров с трисомией 21-й хромосомы (T21), воспроизводящей патологические процессы характерные для СД. Для этого мы репрограммировали несколько культур клеток амниотической жидкости человека с СД до плюрипотентного состояния с получением нескольких линий ИПСК, которые затем дифференцировали в нейральном направлении. С целью доказательства состоятельности нейральной дифференцировки, полученные культуры клеток мы протестировали несколькими независимыми методами, включая измерение специфической электрофизиологической активности нейронов методом патч-клампа. В результате мы показали, что нейральные T21 клетки обладают патологическим метаболизмом бета-амилоида по сравнению со здоровым контролем, выражающимся в повышенной секреции и накоплении гранул патологической изоформы бета-амилоида bA-42 в культуре клеток in vitro, а также повышенной экспрессией генов, связываемых с болезнью Альцгеймера. Полученные результаты были нами подтверждены также на модели трехмерных нейроэктодермальных органоидов, получаемых из ИПСК. Органоиды полученные из ИПСК^21, по сравнению со здоровым контролем показали увеличенную секрецию бета-амилоидов (bA-40 и bA-42) и повышенные темпы апоптоза. Также нами был проведен анализ транскриптомов культур нейронов с T21 в сравнении с культурами нейронов с нормальным кариотипом, который показал наличие дисбаланса экспрессии генов и позволил определить перспективу поиска факторов возникновения данной патологии. Таким образом нами было показано, что индуцированные плюрипотентные стволовые клетки с трисомией 21-й хромосомы можно использовать в качестве основы для клеточной модели синдрома Дауна in vitro. Учитывая тот факт, что ИПСК обладают неограниченным пролиферативным потенциалом и позволяют масштабировать данную модель до размеров, необходимых для проведения объемных фармацевтических исследований, данные клетки можно также использовать как тест-систему скрининга соответствующих лекарственных препаратов.